（无锡）中国西门子PLC模块代理商

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西门子运动伺服系统，且备用一套，该控制部分通过一个CP342-5通讯处理模块联至Y-LINK，通过Y-LINK联到CPU414-4H冗余的PROFIBUS-DP网络，根据[集中管理，分散控制"的原则设计。变频器MicroMaster440是新一代可以广泛应用的多功能标准变频器，它采用的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，具备的过载能力，以满足广泛的应用场合，的BiCo(内部功能互联)功能有*的灵活性。

输入输出点，控制接口等有部件集成在面板背后，一体化的设计使得使用维护更为方便，802S和802C系统非常适合于普通机床，数显机床的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造，我们曾经应用的场合有数控车床。人机界面以简洁，清晰的风格组态各个操作画面，画面上准确明了地以图形方式表示出当前生产线设备工况，如停止，运行，速度和故障等信息并以不同颜色，图形和文字表示，通过界面上的操作，可对计量泵，牵引辊，导丝辊。

 PLC的软件分为两大部分：系统软件与用户程序。系统软件由PLC制造商固化在机内，用以控制PLC本身的运行：用户程序由PLC的使用者编写并输入，用于控制外部对象的运行。

  1)系统软件

  系统软件又可分为系统管理程序、用户指令解释程序及标准程序模块和系统调用。

  (1)系统管理程序是系统软件中重要的部分，主管控制 PLC的运作。其作用包括3个方面：一是运行管理，对控制PLC何时输入、何时输出、何时计算、何时自检、何时通信等做时间上的分配管理。二是存储空间管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址。将用户使用的数据参数、存储地址转化为实际的数据格式及物理存放地址，将有限的资源变为用户可很方便地直接使用的元件。例如，它可将有限个数的CTC扩展为上百个用户时钟和计数器。通过这部分程序，用户看到的就不是实际机器存储地址和CTC的地址了，而是按照用户数据结构排列的元件空间和程序存储空间。三是系统自检程序，它包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。

  PLC正是在系统管理程序的控制下，按部就班地工作的。

  (2)用户指令解释程序众所周知，任何计算机终都是执行机器语言指令的。但用机器语言编程却是非常复杂的事情。PLC可用梯形图语言编程，把使用者直观易懂的梯形图变成机器懂得的机器语言，这就是解释程序的任务。解释程序将梯形图逐条解释，翻译成相应的机器语言指令，由CPU执行这些指令。

  (3)标准程序模块和系统调用这部分由许多立的程序块组成，各程序块完成不同的功能，有些完成I/O处理，有些完成特殊运算等。PLC的各种具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

  整个系统软件是一个整体，其质量的好坏很大程度上影响PLC的性能。很多情况下，通过改进系统软件就可在不增加任何设备的条件下大大改善PLC的性能，PLC的生产厂家对PLC的系统软件都非常重视，例如，S7-200系列 PLC在推出后，西门子公司不断地将其系统软件进行改进完善，使其功能越来越强。

  2)用户程序

  用户程序是PLC的使用者针对具体控制对象编制的程序。它需要一个编程环境、一个程序结构和一个编程方法。

  用户环境也是由系统监控程序生成的。主要包括：用户数据结构、用户元件区、用户数据和程序存储区、用户参数区、文件存储区等。

  (1)用户数据结构：

  ①类为位数据：这是一类逻辑量(1位二进制数)，其值为“0或1”，它表示触点的通、断。触点接通状态为ON，触点断开状态为OFF。

  ②第二类为字节数据：其位长为8位，其数制形式有多种形式。1个字节可以表示8位二进制数、2位十六进制数、2位十进制数。

  ③第三类为字数据：其数制、位长、形式都有很多形式。1个字可以表示16位二进制数、4位十六进制数、4位十进制数。十进制数据通常都用BCD码表示，书写时冠以K字符，如K789。十六进制数据，书写时冠以H字符，如H78F。二进制数，书写时冠以B字符，如B0111-1000-111l。实际处理时还可选用八进制、AscII的形式。由于对控制精度的要求越来越高，不少PLC开始采用浮点数，它地提高了数据运算的精度。

  ④第四类为混合型数据：即同一个元件有位数据又有字数据。例如，T(定时器)和C(计数器)，它们的触点只有ON和OFF两种状态，是位数据，而它们的设定值和当前值寄存器又为字数据。

  (2)用户数据存储区：

  ①用户使用的每个I/O端，以及内部的每一个存储单元都称为元件。各种元件都有其固定的存储区(如I/O映像区)，即存储地址。给 PLC 中的I/O元件赋予地址的过程叫编址，不同的 PLCI/O的编址方法不完全相同。

  ②PLC的内部资源，如内部继电器、定时器、计数器和数据区，各个不同的PLC之间也有一些差异。这些内部资源都按一定的数据结构存放在用户数据存储区，正确使用用户数据存储区的资源才能编写好用户程序。

  用户程序结构大致可以分为3种：一是线性程序，这种结构是把一个工程分为多个小的程序块，这些程序块被依次排放在一个主程序中；二是分块程序，这种结构把一个工程中的各个程序块立于主程序之外，工作时要由主程序一个个有序地去调用；三是结构化程序，这种结构是把一个工程中的具有相同功能的程序写成通用功能程序块，工程中的各个程序块都可以随时调用这些通用功能程序块。

1. 硬件设计概述

  (1) 硬件设计的重要性。PLC控制系统设计包括了硬件与软件两方面的内容。在控制系统的总体规划(方案设计)完成，并且选定了对应的PLC型号与规格后，从工程设计的角度，就应该进入控制系统的技术设计阶段，即进行系统的硬件与软件设计。

  PLC控制系统的硬件设计，并非像某些人主观想象的那样：由于PLC具有灵活、通用的特点，全部控制要求均可以通过软件解决，设计时只要进行PLC与输入/输出信号间的简单连接即可。而是直接关系到控制系统的安全性、可靠性与生产制造成本等诸多重要问题。硬件设计一旦完成，它不可以像软件设计那样可以随时随地进行修改，它是决定控制系统设计成败的关键问题，必须引起设计者的高度重视。

  PLC是专门为工业环境设计的控制装置，其本身的安全性、可靠性已经得到了良好的保证，但如果外部条件不能满足PLC的基本要求，同样可能影响系统的正常运行，造成设备运行的不稳定，甚至危及设备与人身安全。在系统硬件设计阶段，就必须考虑到系统的安全性与可靠性，并始终将其放在Zui为重要的位置。

  硬件设计是对系统进行的原理、安装、施工、调试、维修等方面的具体技术设计，设计必须认真、仔细确保全部图样与技术文件的完整、准确、齐全、系统、统一、并贯彻国际、国内有关标准。

  (2) 硬件设计的基本内容。一般来说，PLC系统硬件设计应包括如下内容：

  1) 控制系统主回路设计、控制回路设计、安全电路、PLC输入/输出回路等方面的设计。

  2) 控制拒、操纵台的机械结构设计。

  3) 控制柜、操纵台的电器元件安装设计。

  4) 电气连接设计。

  以上内容中的主回路、控制回路、PLC输入/输出回路的设计是硬件设计的主要内容，属于电气控制原理设计的范畴，统一以"电气原理图"的形式体现设计思想与要求。

  电气原理图是系统软件设计、安装与连接设计、系统调试与维修的基础，它完整地体现了系统的设计思想与要求，系统中所使用的任何电器元件及它们之间的连接要求、主要规格参数等，均在电气原理图上得到了全面、准确、系统的反映，它是电气控制系统Zui为重要的技术资料。

  电气原理图设计应遵循国际、国家或行业的标准与规范。在国外，一般来说，除涉及安全性、可靠性的准则决不可违背外，对其他方面的要求(如图形符号、元器件代号等的表示方法)通常较灵活，在阅读进口设备图纸时应注意。电气原理图的具体绘制要求、读图方法等是PLC系统设计中需要掌握的内容，但它们不属于这里要介绍的范畴，需要时可参考有关标准与其他参考书。

  PLC电气原理图设计中，PLC的I/O连接设计相对来说是系统中较为简单的部分，只需要根据PLC输入/输出的类型，按照PLC的连接要求进行连接即可。控制系统的PLC外围电路设计，往往是影响系统运行安全性、可靠性，决定系统成败的关键，尤其应该引起设计者的重视。

  控制柜、操纵台的机械结构设计，控制柜、操纵台的电器元件安装设计，电气连接设计等属于安装与连接设计的范畴。设计的目的是用于指导、规范现场生产与施工，为系统安装、调试、维修提供帮助，并提高系统的可靠性与标准化程度。

  2. 系统主回路设计

  (1) 主回路设计的内容。在电气控制系统中，习惯上将高电压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分：

  1) 电动机主回路，包括用于电动机通断控制的接触器、电动机保护的断路器等。

  2) 各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电动机的电枢回路、直流电动机的励磁回路等。

  3) 各种控制变压器的一次侧输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等.

  4) 用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

  PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别。但必须符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的可靠性与安全性。

  (2) 电源总开关。根据EN60204-1(VDE0113第1部分)标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。

  总开关的设计要求是：开关必须具有足够的分断能力，必须能够分断处于“堵转”状态的Zui大电动机的电流与其他所有用电设备和电动机的电流总和。

  通过总开关，原则上应能断开设备中的所有用电设备电源，例外的是，当设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置，如维修用电源、维修用照明、设备安全防护的解锁装置等部件时，允许这部分的电源直接连接在设备进线上，可以不通过总开关分断。即便如此，以上电路仍然需要安装独立的短路保护器件(如断路器等)。

  (3) 保护装置的安装。为了对设备主回路进行可靠、有效的保护，设备中每一个独立的部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件(如断路器等)，保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

  出于调试、维修的需要和对系统的可靠性与安全性的考虑，原则上对于不同类型的主回路，如电动机主回路、驱动主回路等，在每一部件独立安装保护器件的基础上，还应对每一大类分类安装总保护断路器

  对于输入/输出点数、种类较多、构成复杂、控制要求较高的控制系统，当外部输入/输电信号共用电源时，应采用分组的形式进行供电，每组通过独立的保护断路器进行保护与通/断控制。

  (4) 接地与抗干扰。从安全角度考虑，控制系统应安装总接地母线，用于电位平衡与接地。与主回路连接的各种独立电气控制装置，应有专门的、符合要求的接地连接线与设备接地母线进行连接，以防止干扰，提高可靠性。

  系统中容易产生干扰或是容易受到外部干扰的电气控制装置，如PLC、数控装置(CNC)、伺服驱动器、变频器等，应通过隔离变压器、滤波电抗器等与电源进行连接，以抑制线路干扰。

  系统中的需要通断的大功率负载，应在线路上安装浪涌电压吸收器，以抑制负载通断产生的过电压与干扰。

  (5) 辅助控制电源的设计。用于系统安全保护、紧急停机控制的装置(如制动器、安全门保护等)的辅助电源，应确保不会因"急停"等操作而分断。

  系统中可靠性要求较高的控制部件，如PLC的电源输入、CNC的电源输入等，当它们为直流DC24V供电时，应尽可能采用独立的稳压电源进行供电；当采用交流供电时，应安装独立的隔离变压器，原则上不要与系统的其他控制电路与执行元件(如电磁阀、220V/24V控制回路等)共用电源。

  PLC输入/输出所需要的传感器、开关、执行元件电源，应尽可能采用外部电源供电的形式，以防止由于外部线路故障引起PLC损坏。

  注意：在欧洲，目前已经对工业电气控制设备的主回路实行3相AC400V与单相AC230V标准、以取代传统的3相AC380V与单相AC220V标准，在进行出口设备设计及进口设备维修时应加以注意

  3. 系统控制回路设计

  PLC控制系统中的控制回路，是指由继电器、接触器等低压电器构成的强电控制回路。在常见的控制系统中，控制回路一般有AC220V(或AC230V)与DC24V两种，其组成与作用如下。

  (1) AC220V控制回路。PLC控制系统中的AC220V(或AC230V)控制回路一般包括以下线路：

  1)用于电气控制系统的AC220V(或AC230V)安全电路，如紧急分断电路、安全门控制电路、"双手控制”电路等。

  注意：国外相关安全标准的规定(如欧共体的EN418标准)对用于控制系统紧急分断、安全防护门控制、夹具“双手”控制等特殊场合的电路，均有具体、明确的要求，如线路必须通过机电式的结构元件执行，使用的控制元件触点必须满足"强制执行"条件，设计的电路必须具有"冗余"，操作元件必须具有保护等。

  2) 电气控制装置、电动机、设备的启动/停止控制线路。

  3) 主回路中的AC220V(或AC230V)接触器的通/断控制电路。大部分PLC的输出可以直接驱动AC220V(或AC230V)的负载，但考虑到系统的安全、可靠性及线路“互锁”的需要，一般情况下，主回路的接触器通/断仍然以AC220V(或AC230V)控制电路进行控制的场合居多。

  4) 各种驱动装置、控制装置的AC22V。

  (2) DC24V控制回路。

  PLC控制系统中的DC24V控制回路一般包括以下控制线路：

  1) DC24V辅助继电器感触器接点控制回路。

  2) 用于电气控制系统的DC24V紧急分断电路与安全电路。3)DC24V电磁阀、电磁离合器等执行元件的驱动、控制线路。4)DC24V制动器、防护门连锁控制线路等。

  (3) 控制回路的设计原则。控制回路设计的基本要求与Zui高准则是必须保证系统运行的安全、可靠。控制回路的设计不仅要考虑设备的正常运行情况，尤其是要考虑到当设备中的机械部件、电器元件发生故障以及出现误操作、误动作等情况下的紧急处理。无论出现何种情况，控制回路必须要能保证设备的安全、可靠停机，并且不会造成对操作、维修者人身与设备的伤害。

  在保证安全、可靠的前提下，控制回路的动作设计应尽可能简捷、明了，方便操作与维修。电路中的元器件选择尽可能统一、规范，生产厂家不宜过多，以方便采购供应与维修服务。控制回路的控制电压应符合标准规定，电压种类不宜过多，以降低生产制造成本，提高系统可靠性。下面将提供的主回路与控制回路设计示范实例，可以供读者设计时参考。